Simon Monk Elektronik-Hacks Ein Do-It-Yourself-Guide für Einsteiger Zahlreiche Projekte mit Sensoren, Fernsteuerungen, Motoren und Arduino Übersetzung aus dem Englischen von Knut Lorenz en mitp
Danksagungen 17 Einführung 19 1 Erste Schritte 23 1.1 Bezugsquellen 23 1.1.1 Beschaffung von Bauteilen 23 1.1.2 Geräte zum Hacken 24 1.1.3 Die wichtigsten Werkzeuge 25 1.2 Abisolieren eines Kabels 27 1.2.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 27 1.3 Kabelverbindung durch Verdrillen 30 1.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 30 1.4 Kabelverbindung durch Löten 31 1.4.1 Schutzvorkehrungen 31 1.4.2 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 32 1.4.3 Löten 32 1.4.4 Kabel verbinden 33 1.5 Durchgangsprüfung 34 1.5.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 34 1.6 Computerlüfter als Lötrauchabsauger 36 1.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 37 1.6.2 Aufbau 37 1.7 Zusammenfassung 41 2 Theorie und Praxis 43 2..1 Zusammenstellen einer Ausrüstung für Einsteiger 43 2.I.I Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 43 2.2 Identifizieren elektronischer Bauteile 44 2.2.1 Widerstände 44 2.2.2 Kondensatoren 46 2.2.3 Dioden 48 2.2.4 LEDs 48 2.2.5 Transistoren : 50 7
2.2.6 Integrierte Schaltkreise (ICs) 50 2.2.7 Sonstiges 51 2.2.8 SMD-Bauteile 51 2.3 Strom, Widerstand und Spannung 52 2.3.1 Strom 52 2.3.2 Widerstand 53 2.3.3 Spannung 54 2.3.4 Das ohmsche Gesetz 54 2.4 Leistung 55 2.5 Lesen eines Schaltplans 57 2.5.1 Erste Regel für Schaltpläne: Positive Spannungen gehören nach oben 58 2.5.2 Zweite Regel für Schaltpläne: Ablauf von links nach rechts 58 2.5.3 Bezeichnungen und Werte 58 2.5.4 Schaltzeichen 59 2.6 Zusammenfassung 60 3 Einfache Hacks 61 3.1 Erhitzen eines Widerstands 61 3.1.1 Erforderliche B auteile und Werkzeuge 61 3.1.2 Das Experiment 61 3.2 Verwenden von Widerständen zur Spannungsteilung 63 3.2.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 63 3.3 Umwandeln eines Widerstandswerts in eine Spannung (und Bau eines Belichtungsmessers) 66 3.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 66 3.4 Mobile Kleinleuchte mit Dämmerungsschalter 68 3.4.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 69 3.4.2 Steckplatine 70 3.^3 Schaltungsaufbau 72 3.5 Auswahl eines Bipolartransistors 76 3.5.1 Datenblätter 76 3.5.2 MOSFETs 78 3.5.3 PNP- und N-Kanal-Transistoren 78 3.5.4 Gebräuchliche Transistoren 79 3.6 Steuern eines Motors per Leistungs-MOSFET 80 3.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 80 3.6.2 Steckplatine 81
3.7 Auswahl eines geeigneten Schalters 82 3.7.1 Taster 83 3.7.2 Mikroschalter 84 3.7.3 Wechselschalter 85 3.8 Zusammenfassung 86 4 LEDs 87 4.1 LEDs vor dem Durchbrennen schützen 87 4.1.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 88 4.1.2 Dioden 88 4.1.3 LEDs 88 4.1.4 Testen 90 4.2 Auswahl einer geeigneten LED 91 4.2.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 92 4.2.2 Helligkeit und Öffnungswinkel 92 4.2.3 Mehrfarbige LEDs 92 4.2.4 Infrarot-und Ultraviolett-LEDs 94 4.2.5 LEDs zur Beleuchtung verwenden 95 4.3 Konstantstromquelle mit dem LM317 95 4.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 96 4.3.2 Schaltungsentwurf 96 4.3.3 Steckplatine 97 4.3.4 Schaltungsaufbau 99 4.4 Flussspannung einer LED messen 100 4.4.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 101 4.5 Verwenden vieler LEDs 101 4.6 LEDs blinken lassen 103 4.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 103 4.6.2 Steckplatine 103 4.7 Verwenden einer Lötstreifenrasterplatine zum Aufbau des LED-Blinkers 105.1* 4.7.1 Entwurf des Schaltungsaufbaus 106 4.7.2 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 108 4.7.3 Schaltungsaufbau 108 4.7.4 Fehlerbehebung. 113 4.8 Verwendung eines Laserdioden-Moduls 113 4.9 Hacken eines Spielzeugautos 114 4.9.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 114 4.9.2 Ladung eines Kondensators 115 9
4.9.3 Schaltungsentwurf 116 4.9.4 Schaltungsaufbau 117 4.9.5 Testen 118 4.10 Zusammenfassung 118 5 Batterien und Stromversorgung 119 5.1 Auswahl einer geeigneten Batterie 119 5.1.1 Speicherkapazität 119 5.1.2 Maximale Entladungsrate 120 5.1.3 Einwegbatterien 120 5.1.4 Akkus 123 5.2 Laden von Batterien und Akkus 125 5.2.1 C 125 5.2.2 Überladung 125 5.2.3 Tiefentladung 126 5.2.4 Lebensdauer 126 5.3 Laden eines NiMH-Akkus 126 5.3.1 Normales Laden 126 5.3.2 Schnelles Laden 127 5.4 Laden eines verschlossenen Bleiakkus 128 5.4.1 Laden mit regelbarem Labornetzgerät 128 5.5 Laden eines LiPo-Akkus 129 5.6 Hacken eines Mobiltelefonakkus 130 5.7 Spannungsregelung 131 5.7.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 133 5.7.2 Steckplatine 133 5.8 Spannungs Verstärkung 134 5.9 Berechnung der Laufzeit 135 5.10 Notstromversorgung. 136 5.10.1 Dioden 136 5.10.2 Ladungserhaltung 138 5:11 Solarzellen 139 5.11.1 Überprüfen eines Solar-Moduls 140 5.11.2 Ladungserhaltung via Solar-Modul 141 5.11.3 Minimierung des Energieverbrauchs 142 5.12 Zusammenfassung 142 6 Arduino-Hacks 143 6.1 Anschluss des Arduinos und eine blinkende LED 144 io
6.1.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 144 6.1.2 Arduino anschließen 144 6.1.3 Sketch zum Blinken der LED ändern 148 6.2 Relaissteuerung per Arduino 150 6.2.1 Relais 150 6.2.2 Arduino-Ausgänge 151 6.2.3 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 152 6.2.4 Schaltungsaufbau 153 6.2.5 Software 154 6.3 Umbau eines elektronischen Spielzeugs 155 6.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 155 6.3.2 Schaltungsaufbau 156 6.3.3 Der serielle Monitor 158 6.3.4 Software 158 6.4 Spannungsmessung mit dem Arduino 159 6.4.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 160 6.4.2 Schaltungsaufbau 160 6.4.3 Software 161 6.5 LED-Ansteuerung per Arduino 162 6.5.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 163 6.5.2 Schaltungsaufbau 163 6.5.3 Software (Blinken) 164 6.5.4 Software (Helligkeit) 166 6.6 Tonwiedergabe mit dem Arduino 166 6.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 167 6.6.2 Schaltungsaufbau 167 6.6.3 Software 168 6.7 Arduino-Shields 169 6.8 Relaissteuerung über eine Webseite 170 6.8.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 171 6.8.2 Schaltungsaufbau 171 6.8.3 Netzwerkkonfiguration 172 6.8.4 Testen 174 6.8.5 Software 174 6.9 Steuern eines LCD-Shields per Arduino 178 6.9.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 179 6.9.2 Schaltungsaufbau 179 6.9.3 Software ;. 179
6.10 Steuern eines Servos mit dem Arduino 181 6.10.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 181 6.10.2 Schaltungsaufbau 182 6.10.3 Software 182 6.10.4 Charlieplexen von LEDs 183 6.10.5 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 185 6.10.6 Schaltungsaufbau 185 6.10.7 Software 186 6.11 Automatische Kennworteingabe 188 6.11.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 188 6.11.2 Schaltungsaufbau 189 6.11.3 Software 189 6.12 Zusammenfassung 190 7 Modul-Hacks 191 7.1 Bewegungsmelder 191 7.1.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge (PIR und LED)... 192 7.1.2 Steckplatine 192 7.1.3 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge (PIR und Arduino) 194 7.1.4 Schaltungsaufbau 194 7.1.5 Software 195 7.2 Entfernungsmessung per Ultraschall 196 7.2.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge (PIR und Arduino) 197 7.2.2 Der Entfernungsmesser HC-SR04 197 7.2.3 Der Entfernungsmesser MaxBotix LV-EZi 200 7.3 Funkfernsteuerungen 202 7.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 203 7.3.2 Steckplatine 203 7.4 Funkfernsteuerung und Arduino 204 7.4.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 205 7.4.2 Software 205 7>5 Drehzahlregelung per Leistungs-MOSFET 206 7.5.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 207 7.5.2 Steckplatine 207 7.5.3 Software 209 7.6 Steuerung eines Gleichstrommotors mit einem H-Brücken-Modul 210 7.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 213 7.6.2 Steckplatine? 214
7.7 Steuerung eines Schrittmotors mit einem H-Brücken-Modul 216 7.7.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 218 7.7.2 Schaltungsaufbau 219 7.7.3 Software 219 7.8 Ein einfaches Roboterfahrzeug 221 7.8.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 222 7.8.2 Schaltungsaufbau 223 7.8.3 Testen 225 7.8.4 Software 226 7.9 Siebensegmentanzeigen 227 7.9.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 229 7.9.2 Schaltungsaufbau 230 7.9.3 Software 231 7.10 Echtzeituhr 232 7.10.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 233 7.10.2 Schaltungsaufbau 234 7.10.3 Software 235 7.11 Zusammenfassung 236 8 Sensor-Hacks 237 8.1 Gasmelder 237 8.1.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 237 8.1.2 Der Komparator LM311 238 8.1.3 Steckplatine 240 8.1.4 Anschluss des Methangas-Sensors am Arduino 241 8.2 Farbmessung : 242 8.2.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 243 8.2.2 Schaltungsaufbau 244 8.2.3 Software 245 8.3 Vibrationsmessung 247 8.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 248 8.3.2 Schaltungsaufbau 248 8.3.3 Software 248 8.4 Temperaturmessung 250 8.4.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 250 8.4.2 Schaltungsaufbau 250 8.4.3 Software 251 8.5 Beschleunigungsmessung 252 8.5.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge..' 254 13
8.5.2 Schaltungsaufbau 254 8.5.3 Software 255 8.6 Magnetfeldermessen 257 8.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 257 8.6.2 Schaltungsaufbau 257 8.6.3 Software 258 8.7 Zusammenfassung 259 9 Audio-Hacks 261 9.1 Audiokabel 261 9. I.I Allgemeines 262 9.1.2 Löten an Audiosteckern 262 9.1.3 Stereosignal zu Mono konvertieren 264 9.2 Mikrofon-Module 265 9.3 UKW-Abhörwanze 268 9.3.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 269 9.3.2 Schaltungsaufbau 269 9.3.3 Testen 271 9.4 Auswahl von Lautsprechern 272 9.5 i-watt-audioverstärker 273 9.5.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 275 9.5.2 Schaltungsaufbau 275 9.5.3 Testen 276 9.6 Tonerzeugung mit dem Timer-Baustein 555 277 9.6.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 278 9.6.2 Schaltungsaufbau 278 9.7 Steuerung elektronischer Musikinstrumente via USB 279 9.7.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge. 280 9.7.2 Schaltungsaufbau 280 9.7.3 Software 280 9.8 Ay.ssteuerungsmessung per Software 282 ' 9.8.1 Erforderliche Bauteile und Werkzeuge 283 9.8.2 Schaltungsaufbau 283 9.8.3 Software 283 9.9 Zusammenfassung 284 10 Elektronische Geräte öffnen und reparieren 285 10.1 Vermeidung von Stromschlägen 285 14
10.2 Auseinandernehmen und Wiederzusammenbauen von Geräten... 286 10.3 Überprüfen von Sicherungen 287 10.4 Überprüfen von Batterien 289 10.5 Überprüfen einer Heizspirale 289 10.6 Aufspüren und Ersetzen defekter Bauteile 290 10.6.1 Überprüfen von Bauteilen 290 10.6.2 Entlöten 290 10.6.3 Bauteile ersetzen 291 10.7 Ausbau noch brauchbarer Bauteile 292 10.8 Wiederverwendung eines Mobiltelefonladegeräts 293 10.9 Zusammenfassung 294 11 Werkzeuge 295 11.1 Verwendung eines Multimeters 295 11.1.1 Durchgangsprüfer Und Diodentest 295 11.1.2 Widerstand 296 11.1.3 Kapazität 297 11.1.4 Temperatur 297 11.1.5 Wechselspannung 298 11.1.6 Gleichspannung 299 11.1.7 Gleichstrom 299 11.1.8 Wechselstrom 300 11.1.9 Frequenz 300 11.2 Überprüfen eines Transistors mit dem Multimeter 300 11.3 Regelbare Labornetzgeräte 301 11.4 Kurz vorgestellt: Das Oszilloskop 303 11.5 Software 304 11.5.1 Simulation 304 11.5.2 Fritzing 305 11.5.3 EAGLE 305 11.5.4 Online-Rechner 306 11.5.5 Widerstandsrechner 306 11.6 Zusammenfassung 307 A Bauteile 309 B Über den Autor 317 Stichwortverzeichnis 319 15